变径变螺距螺旋分料器的设计方法

变径变螺距螺旋分料器的设计方法

沥青路面压缩度不足，均匀性差的主要原因是，在交替铺设沥青路面时，沥青路面的温度分析和骨料分析。骨料分离主要由支撑机的螺钉分离装置组成。根据力学，可以认为螺钉分离装置中的混合材料是一种具有高粘度和抗张力的液体。在旋转至强化厂的过程中，混合材料的流动主要有两种。其中之一是混合材料沿布的方向流动的，当混合材料的流动速度小于一定的临界速度时（该速度可以理解为打破混合材料之间最大的静摩擦力要求的速度），此时，混合材料的流动是层流。混合材料的各级配骨料相对较慢，沿着布料的方向运动，没有破坏原有的配置，也没有分离骨料。另一种是，当混合材料的流动速度超过该边界速度时，因为混合材料的各级配骨材料沿布料槽运动，且材料之间也会相对运动。由于每个料的重量和重量的不同，它们在不同方向上旋转，因此它们的方向上没有规则移动，因此从骨料的分离中收集。在这种情况下，需要研究如何最大限度地减少混合材料的浪费。此外，合理的分配机的螺旋分配机只能同时使用层压，以提高初始期生产的材料的离析，满足不同部分的材料要求，使平整度得到保证。这就要求合理的分配机的螺旋分配机应具备良好的原材料搅拌能力，以最大限度地降低原材料的混合。此外，合理的支撑机螺旋分配机应具备良好的原材料搅拌能力，以提高初始过程中产生的材料的离析，满足支撑臂宽度上不同部分所需的材料量，从而确保平整度。这所要求的是，一种要求的类型不同的螺距和直径。研究表明，螺旋分配器的螺径和螺距的颗粒直径对混合材料的均匀性有很大的影响，即螺旋叶片的高度和长度之间的差值没有太大。如果没有，混合材料的离析将加剧。显然，许多使用的螺旋分配器都不能满足上述要求，因此有必要研究可变直径和螺旋距离的螺旋分料器对混合材料的抗离析。1螺旋挤出机的动态分析1.1基本粒子fr通过螺旋面母线为直线的螺旋分料器在布料过程中对混合料的作用力来分析变径变螺距螺旋分料器对于降低混合料离析的作用.混合料在螺旋分料器中的受力如图1所示.如图1所示,取距螺旋轴距离为r的物料A为受力体,当螺旋面旋转时对它所施加的力F可分解为圆周方向的Fr和轴向的Fz,β为螺旋升角,φ为外摩擦角,由混合料对螺旋面的摩擦引起.各力大小见下式:.{Fz=Fcos(β+φ)Fr=Fsin(β+φ)β=arctanΡ2πr(1)⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪Fz=Fcos(β+φ)Fr=Fsin(β+φ)β=arctanP2πr(1)式中:Fz为螺旋面对混合料的轴向力;F为螺旋面对混合料的作用力;φ为混合料与螺旋叶片间的外摩擦角;Fr为螺旋面对混合料的周向力;P为螺旋叶片间距(螺距).由式(1)可以看出,由于螺旋面母线为直线的螺旋面上各点的螺距相同,受力体距螺旋轴的距离越小,螺旋升角就越大.当0<β+φ<π20<β+φ<π2时,随着受力体与螺旋轴的距离增大,轴向力对受力体的作用力增大而切向力对受力体的作用力减小.当受力体距螺旋轴越近,切向力增大到一定程度时,受力体的摩擦力及自重无法与之平衡,此时受力体开始随螺旋轴翻滚.当受力体离螺旋轴越远时,其所受切向力减小而轴向力增大,此时受力体在扭转到一定角度后就与切向力平衡,在轴向作用下沿布料槽做轴向运动.布料槽中将出现靠近螺旋轴的混合料发生紊流,而远离螺旋轴的混合料发生层流.而变径变螺距螺旋分料器螺旋面上各点随着半径的增大,螺距也在增大,螺旋升角的变化并不随半径的变化而明显变化,这样在半径减小时,混合料所受切向力增大并不明显,物料不易随螺旋轴发生翻滚,降低了混合料发生紊流的可能性,使得其原有的均匀性得到较好的保留.1.2沥青混合料间内摩擦角公式摊铺机在施工过程中停机不可避免,而起停机会引起摊铺机的工作速度发生变化,这样螺旋分料器在布料过程中需要调整布料槽中料位的高度和布料速度,就要对螺旋分料器的转速进行改变,从而导致布料槽中混合料流动速度发生改变,使其产生加速度.当摊铺机工作速度发生变化时,混合料速度从v0变为vt,产生一定的加速度a,由下式表示:vt=v0+at(2)vt=v0+at(2)式中:v0为混合料的初始速度;vt为变化后的混合料速度;a为混合料的加速度.再由惯性定理得F=maF=ma式中:F为惯性力;m为混合料粒料的质量.由以上分析可以看出,沥青混合料粒料的质量越大,产生的惯性力就越大,惯性力使得粗骨料与细骨料间产生相对运动,破坏了原有混合料级配,使得混合料产生了离析,最终影响路面的摊铺质量.另外,由流体力学知,阻碍流体内部产生相对运动的力为流体内部摩擦力,由库伦定理得τ=c+σtanα(3)τ=c+σtanα(3)式中:τ为沥青混合料的抗剪强度,MPa;c为流体的粘结力,N,此时流体为沥青混合料;σ为正应力,MPa;α为沥青混合料的内摩擦角,rad.f1=τS1(4)f1=τS1(4)式中:f1为混合料间的内摩擦力,N;S1为混合料粒料的接触面积.当F≤f1时,即a≤f1ma≤f1m,沥青混合料将保持原有的级配,不发生离析.当F>f1时,即a>f1ma>f1m,沥青混合料粒料间将打破原有的运动平衡,产生相对运动,导致混合料产生离析.由以上得出,保持摊铺机工作的恒速性非常重要,在螺旋分料器工作过程中,在对料位和分料速度调节时要缓慢调节,以减少混合料的离析.1.3不同粒径铁砂材料的流变学特性分料过程中的混合料摩擦阻力由两部分组成,一部分为混合料内部相互运动而产生的摩擦阻力,即内摩擦力,见式(4);另一部分是混合料与螺旋叶片间的摩擦阻力,即外摩擦力:f2=f1sinβ+fcAg(5)f2=f1sinβ+fcAg(5)式中:fc为混合料的黏聚力,N;A为摩擦面积,m2,A=πl(D2-d2)4(Ρ+δ),lm2,A=πl(D2−d2)4(P+δ),l为输料长度,m,D为螺旋叶片直径,m,d为螺旋轴直径,m,δ为螺旋叶片厚度,m;g为重力加速度.由以上分析得出,沥青混合料在同等布料条件下,大粒径骨料所对应的摩擦面积比小粒径的大,所受的内外摩擦力就大;而且,大粒径骨料的质量大于小粒径的,其所受重力同样大于小粒径的,所以在圆周方向大粒径骨料所受合力比小粒径的小.如果螺旋轴转速提高,混合料本身又不均匀,大粒径骨料会比小粒径的更容易在轴向力的作用下向两端移动,被送往螺旋外侧,摊铺宽度越大,横向离析越严重.为避免这一问题出现,建议采用梯形搭接摊铺方式以降低摊铺宽度.另外,螺旋轴转速太高,也会使大骨料在外层,小骨料在里层,造成竖向离析.因此,应采用满埋低速摊铺,这样可以防止横、竖向离析.另外,文献通过对混合料在螺旋分料器中的速度分析,认为混合料轴向速度随半径的增大而增大,圆周速度随半径的增大是个有极点的变化曲线.由于混合料圆周速度越大,翻滚就越激烈,会导致良好均匀性的混合料产生离析,所以增大螺旋叶片的半径,并适当降低转速既可以提高螺旋分料器的布料效率,又可以改善混合料的均匀性.2螺旋分料器尺寸由于摊铺机是将粗细不同的多种骨料、矿粉、沥青等材料按一定的比例级配并均匀混合而成,在摊铺过程中,螺旋分料器在分输料过程中一边卸料一边输料,最终将物料均匀地布送于熨平板的整个宽度上,分料器中部所承担的输送工作量要远大于两端.实际摊铺中,经常见到分料器中部料堆高于两边料堆,分料器中部所受阻力较大,叶片与料、料与料之间的相互作用力也是中间大于两端,这样会使输料不均匀,整个料槽中的混合料密度中间段远大于两边.另外,通过前面对螺旋分料器动力学分析,常用螺旋分料器在布料过程中,由于整个分料器叶片直径和螺距相等,混合料有规律的运动会使混合料粗细分离,从而导致摊铺路面密实度不均匀和材料离析,压实后导致路面平整度的下降.因此,不同位置的螺旋应有不同的输料能力,螺旋分料器必须具有不同的叶片直径和螺距.为保证混合料在螺旋分料器布料槽中全面流动,每个螺距的体积应等于包括本螺距在内的后面多个螺距上的下料量之和:{V1=S2n∑k=1Ρk=S2L⋮Vn-2=S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)Vn-1=S2(Ρn+Ρn-1)Vn=S2Ρn(6)⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪V1=S2∑k=1nPk=S2L⋮Vn−2=S2(Pn+Pn−1+Pn−2)Vn−1=S2(Pn+Pn−1)Vn=S2Pn(6)式中:Pk为第k个螺旋的螺距,m;L为螺旋分料器总长,m;S2为单位长度每转下料体积,m3,由下式决定:S2=Q×10960nρkdL(7)S2=Q×10960nρkdL(7)式中:Q为生产率,kg·h-1;n为螺旋轴的工作转速,r·min-1;ρ为物料密度,kg·m-3;kd为物料的填充系数.3螺旋分料器叶片与螺距的几何尺寸变径变螺距螺旋分料器的几何尺寸与混合料流动之间存在着某种复杂的关系,要从这个复杂关系中求出螺旋分料器的几何尺寸是比较困难的.但是在实际应用中,螺旋分料器的长度与螺旋轴的半径是已知的,根据设计要求已知螺旋叶片或螺距的变化规律,则可采用下面的方法来确定螺旋分料器的叶片与螺距尺寸.3.1计算最小半径3r2n首先,最小叶片半径必须要大于螺旋轴的半径,变径变螺距螺旋分料器最小叶片在两边,设半径为Rn,由式(6)有n∑k=1Vk=S2L+S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)+S2(Ρn+Ρn-1)+S2Ρn(8)∑k=1nVk=S2L+S2(Pn+Pn−1+Pn−2)+S2(Pn+Pn−1)+S2Pn(8)对于第k个螺距,其体积为Vk=π∫ΡkΡk+1[(Rk+Ρtanβ)2-r2]dΡ(9)Vk=π∫PkPk+1[(Rk+Ptanβ)2−r2]dP(9)式中:r为螺旋轴半径,m.由式(8),(9)得S2L+S2(Ρn+Ρn-1+Ρn-2)+S2(Ρn+Ρn-1)+S2Ρn=π∫Ρn0[(Rn+Ρtanβ)2-r2]dΡ+⋯+π∫Ρ1Ρ2[(R1+Ρtanβ)2-r2]dΡ(10)S2L+S2(Pn+Pn−1+Pn−2)+S2(Pn+Pn−1)+S2Pn=π∫Pn0[(Rn+Ptanβ)2−r2]dP+⋯+π∫P1P2[(R1+Ptanβ)2−r2]dP(10)将式(7)代入式(10)中,并对两边的P同时取极限,当P趋于无穷小时,Rk趋于Rn,化简后得S2L=π3L(3R2n-3r2)(11)S2L=π3L(3R2n−3r2)(11)解得最小半径为Rn=√S2/π+r2.3.2螺距间系数t设变径变螺距螺旋分料器的螺旋线方程为等角圆锥螺旋线,则其参数方程为{x=cexp(lkt)cos2ty=cexp(lkt)sintz=bexp(lkt)(12)式中:c=asinγ,a为常数,γ为圆锥顶半角;b=acosγ;lk是螺距间的系数,不同螺距间系数不同;t=2kπ,k为螺距的序列号.由式(12)可得,螺旋线的半径为R=√x2+y2=cexp(lkt)(13)螺旋线的第k个螺距为Ρk=zk-zk+1=b[exp(2kπlk)-exp(2(k+1)πlk)](14)4大半径螺旋分料器螺旋分料器在布料过程中,混合料所受切向力对其离析影响较大,混合料所受